Viskozite

Viskozite, bir sıvının akışa karşı direncini ölçer. Yüksek viskozite kalın ve yavaş demektir (bal, melas); düşük viskozite ince ve akışkan demektir (su, alkol). Günlük kullanımdaki "kıvamlı" sözcüğü birkaç özelliği bir arada ifade eder; viskozite özellikle kayma direncini izole eder. Aynı yoğunluğa ve pigmente sahip iki boya tenekesi, bağlayıcı sistemine bağlı olarak kökten farklı viskozitelere sahip olabilir.

Birimler

• Pascal-saniye (Pa·s) — SI birimi. 20°C'de su 0,001 Pa·s'dir.
• Poise (P) veya santipoise (cP) — CGS birimi. 1 cP = 1 mPa·s. 20°C'de su 1 cP'dir; bu da onu doğal referans değeri yapar. Endüstriyel viskozite neredeyse her zaman cP cinsinden belirtilir.
• Saybolt Evrensel Saniyeleri (SUS) — ampirik endüstri birimi; yağ ve yağlayıcı spesifikasyonlarında yaygındır. Temel bir özellik değil, drenaj zamanıdır; cP'ye dönüşüm yaklaşık olup yoğunluğa bağlıdır.

Referans viskoziteler (cP, aksi belirtilmedikçe 20°C)

• Hava: 0,018
• Su: 1,0 (kural olarak)
• Süt: 3
• Zeytinyağı: 84
• Motor yağı (10W-30, soğuk): 100-200
• Akçaağaç şurubu: 200
• Gliserin: 1.400
• Bal: 10.000
• Ketçap: 50.000-100.000 (kesme incelmesi — sallandığında viskozite düşer)
• Melas: 100.000
• Fıstık ezmesi: ~250.000
• Zift: 230 milyar (1927'de başlayan Zift Damla Deneyi'nde ünlü biçimde damlamakta; yalnızca ~9 damla düşmüştür)

Sıcaklığa bağımlılık

Sıvılarda viskozite sıcaklıkla birlikte keskin biçimde düşer — buzdolabından çıkan bal kullanılamaz kadar katıdır; ısıtılmış bal şurup gibi akar. Bu nedenle motor yağlarının "çok dereceli" derecelendirmeleri (5W-30, 10W-40 vb.) vardır: W (kış) sayısı soğuk sıcaklık viskozitesini, ikinci sayı ise sıcak sıcaklığı belirtir. 5W-30, soğuk çalışmada akışkan kalır (düşük soğuk-W derecesi = daha düşük soğuk viskozite) ve çalışma sıcaklığında koruyucu film kalınlığını korur (30 = uygun sıcak viskozite).

Gaz viskozitesi, aksine, sıcaklıkla artar — sıvıların tersi. Mekanizma farklıdır: sıvıda viskozite, moleküller daha hızlı hareket ettiğinde zayıflayan moleküller arası kuvvetlerden gelir; gazda viskozite, moleküler hızla artan katmanlar arasındaki momentum transferinden gelir.

Newtoniyen ve Newtoniyen olmayan sıvılar

Basit sıvıların çoğu (su, yağ, bal) Newtoniyen'dir: ne kadar hızlı karıştırılırsa karıştırılsın viskozite sabittir. Birçok gerçek dünya sıvısı böyle değildir. Ketçap kesme incelmesi gösterir: kayma altında viskozite düşer (bu nedenle şişeyi sallamak işe yarar). Mısır nişastası çözeltisi ("oobleck") kesme kalınlaşması gösterir: yumruk atınca katı gibi davranır, oturulunca batar. Kan, boya, magma ve endüstriyel süspansiyonların büyük çoğunluğu bir ölçüde Newtoniyen olmayan özellik gösterir.

Çözümlü örnek

Viskoz bir sıvı taşıyan 10 metrelik yatay bir borudaki basınç düşümünü hesaplayın. Laminar akış için Hagen-Poiseuille denklemini kullanın: ΔP = (8 · μ · L · Q) / (π · r⁴); burada μ dinamik viskozite, L boru uzunluğu, Q hacimsel akış hızı, r boru yarıçapıdır. Su için (μ = 0,001 Pa·s), 1 cm yarıçap, 10 m uzunluk, 1 L/dak akış (1,67×10⁻⁵ m³/s): ΔP = (8 × 0,001 × 10 × 1,67e−5) / (π × (0,01)⁴) ≈ 42,5 Pa — ihmal edilebilir. Aynı akış ve ayarlarda motor yağına geçin (0,2 Pa·s, 200× daha viskoz): basınç düşümü 8.500 Pa olur; suya ihtiyaç olmayan bir pompa gerektirir. Bala geçin (10 Pa·s) ve 425 kPa (4,2 bar) gerekir — bu noktada sistemi daha geniş borular etrafında yeniden tasarlarsınız; çünkü yarıçapa dördüncü güç bağımlılığı, r'yi iki katına çıkardığında ΔP'yi 16× düşürür.

Ne zaman ve neden önem taşır

Viskozite kimyasal işlem ekipmanı boyutlandırmasını, motor yakıt enjektörü kalibrasyonunu, soğuk iklimlerde yağ sınıfı seçimini (5W-30 −30°C'de akışkan kalır; 20W-50 motor yağ pompasını yıpratır), mürekkep ve 3D yazıcı filamentlerinin yazdırılabilirliğini, kaplamaların boyanabilirliğini (çok düşük = damlama, çok yüksek = fırça izleri) ve hatta içeceklerin "ağız hissinin" mühendisliğini belirler (tam yağlı ile yağsız süt arasındaki fark büyük ölçüde viskozitedir, tat değil). Tıbbi açıdan: kan viskozitesi hematolojide izlenir; çünkü yüksek viskoziteli kan (polisitemi, hiperviskozite sendromları) azalmış mikrosirkülasyon yoluyla inme riskini artırır. Kaynak: ISO 3104 — Petrol ürünleri: Kinematik viskozite tayini.